Le changement climatique intensifie les phénomènes extrêmes, y compris dans les océans

Le changement climatique anthropique devient de plus en plus perceptible, en Suisse tout récemment durant l'été 2021, qui a été marqué par de fortes pluies et des inondations. On sait depuis longtemps que le réchauffement climatique provoque non seulement des vagues de chaleur plus longues et plus intenses, mais aussi, selon les régions, des sécheresses, des pluies et des tempêtes plus sévères. En outre, ces types de phénomènes météorologiques extrêmes se combinent de plus en plus et s'aggravent mutuellement.

Cependant, peu de recherches ont été menées sur la façon dont les événements extrêmes se développent dans les océans du monde. Au début des années 2000, les premières études scientifiques ont souligné l'importance des vagues de chaleur marines et leur impact sur les écosystèmes. Un coup de semonce a été donné en 2011 sous la forme d'une vague de chaleur marine persistante au large de la côte ouest de l'Australie, qui a détruit les forêts de laminaires riches en espèces de cette région.
L'exemple le plus marquant de vague de chaleur marine est probablement le «Blob», comme on l'appelle, une bulle géante d'eau chaude qui s'est répandue dans le nord-est de l'océan Pacifique et le long de la côte ouest des États-Unis, de l'Alaska à l'équateur, de 2013 à 2015. Elle a tué des millions d'oiseaux marins, de poissons et d'autres créatures.

Un groupe de recherche de l'ETH Zurich, de l'Université de Berne et de l'Université de Tasmanie ont utilisé un modèle océanique à haute résolution pour analyser cet événement météorologique extrême sous un angle nouveau. Dirigée par Nicolas Gruber, professeur de physique environnementale à l'ETH Zurich, l'équipe internationale a conclu que ce ne sont pas uniquement les températures élevées de l'eau qui ont provoqué la mortalité massive, mais probablement une combinaison d'événements extrêmes survenus simultanément.

Une combinaison d'événements est particulièrement dangereuse

L'équipe de recherche a utilisé son modèle pour reconstituer le développement du Blob au fil du temps et, ce faisant, elle a analysé pour la première fois la combinaison de la température, de l'acidité et de la concentration en oxygène de l'eau de l'océan. Les simulations montrent qu'au plus fort de la canicule de juillet 2015, les extrêmes d'acidité et de faible teneur en oxygène s'étaient également largement répandus dans la région concernée du nord-est du Pacifique.

Les chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich en ont conclu que ce qui s'est produit au large des côtes de l'Oregon, de Washington et de la Colombie-Britannique n'était pas simplement une vague de chaleur, mais un événement extrême composé. «Lorsque la vie marine est confrontée à plusieurs facteurs de stress à la fois, elle a du mal à s'acclimater», explique Nicolas Gruber. «Pour une espèce de poisson qui vit déjà à l'extrémité supérieure de sa plage de température optimale, un déficit supplémentaire en oxygène peut signifier la mort.»

C'est pourquoi, dans l'étude qui vient d'être publiée dans la revue Nature, les chercheuses et chercheurs ont appelé la communauté scientifique à accorder une plus grande attention aux événements extrêmes composés dans l'océan. «Pour évaluer les risques de ce type d'événements, nous devons de toute urgence étudier de plus près la chaîne des différents facteurs environnementaux qui conduisent à de tels extrêmes - et pas seulement dans des régions individuelles, mais aussi au niveau mondial», explique Nicolas Gruber.

La distribution mondiale analysée pour la première fois

Les auteur·es de cette étude ont déjà fait un premier pas dans cette direction. Outre le Blob, ils et elles ont utilisé un modèle climatique mondial pour étudier où et à quelle fréquence les événements extrêmes - séparés en canicules et en situations d'acidité anormalement élevée et de faible teneur en oxygène - se produisent et quelle est leur gravité.

Pour démontrer l'impact du changement climatique, les chercheuses et chercheurs ont simulé les événements extrêmes pour la période allant de 1861 à 2020 et ont comparé la situation actuelle à celle de l'ère préindustrielle. Les résultats sont éloquents: au niveau mondial, le nombre de jours chauds à la surface de l'océan chaque année a été multiplié par dix, passant d'environ 4 jours à 40. Le nombre de jours où les profondeurs océaniques sont caractérisées par un taux d'oxygène anormalement bas a été multiplié par cinq.

En ce qui concerne les extrêmes d'acidité, la situation est encore plus grave. Par rapport à l'époque préindustrielle, ce qui s'est établi maintenant est une situation extrême quasi permanente. «Cela montre à quel point le changement climatique a déjà progressé dans l'océan», déclare Thomas Frölicher, professeur à l'Université de Berne et coauteur de l'étude.

Les chercheuses et chercheurs montrent également sur une carte du monde quelles régions océaniques connaissent les événements extrêmes les plus intenses - à la fois à la surface de l'océan et à 200 mètres de profondeur. La résolution spatiale de ces événements dans la colonne d'eau est importante, car elle limite encore les possibilités de fuite de la vie marine touchée, comme le soulignent les auteur·es de l'étude.

On sait peu de choses sur les communautés d'espèces marines

Les chercheuses et chercheurs ne peuvent pas évaluer en détail les conséquences écologiques des événements extrêmes, mais une chose est claire : par rapport au changement climatique, qui progresse lentement, l'effet des extrêmes sur la vie océanique est généralement plus fort. L'apparition soudaine de changements environnementaux rend impossible de nombreux types de stratégies d'adaptation.

Les simulations des modèles actuels ne peuvent reproduire la réponse de ces écosystèmes aux extrêmes que dans une mesure limitée - elles ne peuvent pas encore rendre justice à la complexité des processus biologiques et écologiques. «Par exemple, nos modèles sont encore extrêmement limités dans leur capacité à distinguer les différents groupes d'algues et de zooplancton», explique Meike Vogt, chercheuse principale dans le groupe de Nicolas Gruber. Mais cette différenciation est importante, car les différentes espèces diffèrent grandement dans leur capacité à résister à des conditions extrêmes.

«Nous savons, grâce aux forêts suisses, que les hêtres sont moins tolérants à la sécheresse que les pins, par exemple», explique Nicolas Gruber. En revanche, on en sait beaucoup trop peu à l'heure actuelle sur les écosystèmes marins. «Nous manquons de connaissances générales sur la structure et la fonction des écosystèmes dans les différentes régions océaniques. Ce n'est que lorsque nous disposerons de cette base que nous pourrons déterminer l'impact du changement climatique et des phénomènes extrêmes», explique Meike Vogt.

Mais il n'y a pas de doute : si le changement climatique se poursuit, les événements extrêmes vont se multiplier - individuellement et en combinaison avec d'autres. Une meilleure base de données et des travaux de recherche approfondis ouvriraient la voie à des actions plus adaptées pour protéger l'océan. «Tout comme il existe déjà des zones internationales protégées en haute mer, nous pourrions, par exemple, instaurer une interdiction de pêche pour protéger les zones touchées par les événements extrêmes», explique Nicolas Gruber. Cela a déjà été fait dans le cas du Blob. Cependant, une interdiction de pêche seule ne suffira guère; d'autres mesures sont nécessaires de toute urgence, souligne le professeur de l'ETH Zurich. «Le temps presse!»